Несущая способность набивных свай, отформованных пневмопробойниками, и их расчет тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.02.07, кандидат технических наук Ткачук, Андрей Константинович

• Ткачук, Андрей Константинович
• кандидат технических наук
• 1998

Оглавление диссертации кандидат технических наук Ткачук, Андрей Константинович

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1 Набивные оваи.

1.2 Анализ методик расчета несущей способности набивных свай.

1.3 Сравнение результатов проведенных статических испытаний свай с расчетной несущей способность» этих свай/ определенной по различным нетодикан.

2. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ УПЛОТНЯЮЩЕГО ГРУНТ ДАВЛЕНИЯ

НА ИЗМЕНЕНИЕ ЕГО ПРОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК.

2.1 Постановка задачи и схена проведения экспериментов.

2.2 Результаты экспериментальных исследований изменения прочностных характеристик предварительно обжатых грунтов.

2.3 Анализ результатов експериментальних исследований по влиянию предварительного уплотнения грунта на его прочностные характеристики.

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ В КОНТУРНОЙ ЗОНЕ СКВАЖИНЫ

ПРИ ФОРМОВАНИИ СВАЙ ПНЕВМОПРОВОЙНИКАМИ.

3.1 Расчет уплотняющего давления в грунте при формовании набивных свай.

3.2 Измерение напряжений и деформаций в грунте при «орновании свай пневиопробойникаии.

3.2.1 Стенд для определения напряжений и деформаций в грунте.

3.2.2 Методик« проведения эксперинентов на стенде.

3.2.3 Результаты изнерения перенемений и определение обменного уплотнения грунт* при форновании набивных свай.

3.2.4 Исследование уплотняющих давлений, возникавших в грунте при форновании набивных свай пневнопробойникани.

3.3 Анализ проведенных нзиереннй напряжений н дефорнаций в грунте при форновании набивных свай.

4. ОБОСНОВАНИЕ ПРЕДЛАГАЕМОЙ МЕТОДИКИ РАСЧЕТА

НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ НАБИВНЫХ СВАЙ, ОТФОРМОВАННЫХ ПНЕВНОПРОБОЙНИКАНИ.

4.1 Методика расчета несущей способности набивных свай.

4.2 Прннер расчета сваи.

4.3 Анализ результатов сравнения несущей способности набивных свай, полученной раэянчныни иетодикаяи.

4.4 Расчет экононического эффекта от внедрения новой яетоднкн расчета несущей способностн набивных свай.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Несущая способность набивных свай, отформованных пневмопробойниками, и их расчет»

Одной из важнейших задач, стоящих перед строительством, является повышение эффективности строительного производства за счет разработки и внедрения новых прогрессивных технологий, экономии материалов, увеньшення иатериаяоевкости конструкций.

Одним из видов прогрессивных конструкций фундаментов являются свайные фундаменты, обеспечивающие возможность возведения зданий и сооружений на грунтах с недостаточной несущей способностью. Замена железобетонных «ундаяентов свайныня позволяет на 70 - 80% уяеньянть объем зеяляных работ, на 30 - 40% сократить расход бетона, в 1,5 - 2,0 раза снизить трудоемкость" нулевого цикла и сократить сроки строительства, упростить и облегчить производство работ и, в результатег обеспечить значительную економив средств. Как показывает статистика, основной объем в отечественной фуидаяентостроемии заминают забивные сваи, и только 12% - набивные. Однако практика и инженерное прогнозирование дают основание полагать, что доля набивных овай в последние годы растет. Эта тенденция объясняется различными преимуществами набивных овай перед забивными, такими как яеньшая стоимость единицы объема, меньшая металлоемкость, большая несущая способность у некоторых типов набивных свай на 1 и3 материала и др.

В нашей стране и за рубежои вое большее распоотраиение получают технологии, позволяющие изготовлять сваи с высокой несущей способностью. К таким технологиях относится форяоваиие свай пневмопробойиикаии. Однако, несмотря на широко»распостранение подобных технологий, ни в России, ни за рубежон нет методов расчета несущей способности набивных свай, в пояной нере обеспечивающих достоверность результатов для практики строительства и характеризующих особенности процесса формования свай с уплотненней контурной зоны скважины.

В практике отечественного проектирования фундаментов из набивных свай используется СНиП 2.02.03-85. Расчет и проектирование Фундаментов по «тин нориан не дают возможности приблизиться к реальной оценке несущей способности. Опыт показывает, что несущая способность набивных свай отформованных пневнопробойникани, значительно превышает расчетную несущую способность этих свай. Это приводит к повыжеии» трудо- к энергозатрат, увеличивает стоимость возводящих фундаментов и удлиняет сроки строительства. Эти обстоотеиъства вызвали необходиность в проведении детальных исследований несущей способности набивных свай, отформованных пневнопробойникани, о целью разработки и обоснования способа их расчета.

Работы: создание научно-обоснованной методики расчета отформованных пневнопробойникани набивных свай, позволяющей дифференцировано оценивать их несущую способность.

Основнаян£еярабдты состоит в учете закономерностей изменения прочностных свойств грунта, подвергающегося уплотнению при формовании набивных свай, для оценки их несущей способности.

За£ачиисслезовання: - изучение влияния предварительного обжатия грунта на изненение его прочностных характеристик; исследование напряжеино-дефорнированного состояния г>ут прн~ф0рн0вании набивных свай пневиопробойникаяи;

- построение алгоритма для оценки несущей способности набивных свай, учитывающего особенности изненеиия прочностных свойств грунта* подвергавшегося циклическому нагружению.

НеТ2§ыисояедования: анализ м научное обобщение, аналитические и экоперииентальные исследования процессов, происходящих в пассиве грунта при форновании набивных свай пневнопробойникани, с испояьзованиен соврененной измерительной аппаратуры и компьютерных програнн.

- величина изменения сцепления предварительно уплотненного грунта пряно пропорциональна величине уплотняющего давления и линейно зависит от квадрата тангенса угла внутреннего трения грунта в естественноя состоянии;

- прямолинейность разгрузочной ветви диагранны предмплппг■ сдвиговых напряжений пы*евато-глинистых грунтов нарушается при предварительной иагруженни, превышающем 1000 - 1500 кПа;

- основный факторов, влияющим на величину уплотняющего грунт давления яри Формовании набивных свай, является интегральная величина необратиных объемных деформаций грунта в контурной зоне Форнируеиой сваи.

- несущая способность набивной сван, изготовленной пневмо-пробойникон, выие чей у забивной за счет увеличения оцепления по боковой поверхности; научных положений, изложенных в диссертации, о «основывается корректность!» постановок задач, соблюденная основных положений яехаянки грунтов, яатеиатической статистики и большия объемов лабораторных исследований и натурных испытаний несущей способности свай.

Научнаяиовизн§Работы заключается в следую*®»: ~ установлена корреляционная зависияость вежду углоя внутреннего трения грунта в естественной состоянии и углоя внутреннего трения того же грунта после его обжатия; установлен характер поведения разгрузочной ветви сдвиговой диаграииы испытаний грунта в широкоя диапазоне величии уплотняющих грунт нагрузок;

- предложена формализация зависииости изяеиеиия сцепления предварительно уплотненного грунта от прочностных характеристик грунта в естественной состояния и величины его предварительного обжатия; получена зависияость величины давления, действующего на границе расширяющейся грунтовой полости при форяовании набивных свай яневиояробойникоя, как функция Физико-иеханических характеристик грунта.

Яичныйвкла£автора состоит в систематизации нетодов расчета несущей способности набивных свай; — в разработке классификации набивных свай по достигаенояу от различных технологических операций эффекту; в экспериментальной исследовании закоионерностей изменения прочностных характеристик грунтов в зависииости от их предварительного нагружения; в разработке стенда для исследования напряженно-деформированного состояния массива грунта прн формовании свай пневнопробойникани и решении поставленных задач на этом стенде; в разработке методики расчета несущей способности набивных свай, отформованных пневмопробойником; в проведении экспериментаяьных и аналитических исследований , подтвердивших корректность разработанной методики расчета.

Практичеок§яценнностьработы: разработанная методика расчета иесуцей способности набивных ~*Твай, отформованных пневнопробойникани, позволяет дифференцировано оценивать несуцув способность таких свай посредством прямых измерений физико-механических характеристик грунтов на месте изготовления сваи, что дает возможность значительно снизить трудо^ и энергозатраты, стоимость и сроки возведения фундаментов из таких свай.

В§*2иэа1|ияработы Разработанная методика расчета быяа использована при проектировании и строительстве различных фундаментов, возводимых из свай, отформованных пневнопробойникани, на территории СНГ и за рубежем (Болгария).

Апробация

Основные положения диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили одобрение на двух объеденеиных семинарах четырех лабораторий ИГД СО РАН и на обмен- семинаре ИГЛ СО РАН.

П^бликадии

По цаіерійміїлі выполненный исследований опубликовано 3 статьи и получено 3 авторских свидетельства на изобретения.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка янтературы. Содержит 111 страниц иаминописиого текста, список литературы из 76 иаипенованнй, 6 таблиц и 29 рисунков.

Заключение диссертации по теме «Динамика сыпучих тел, грунтов и горных пород», Ткачук, Андрей Константинович

- 101 -ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации предложено новое решение актуальной научной проблемы, заключающееся в результатах исследования несущей способности набивных свай, отформованных пневнопробойниканн, разработке и обосновании специальной петодики расчета несущей способности таких свай. Основные выводы, научные н практические результаты, полученные в работе, сводятся к следующену:

1. Установлен характер изненения прочностных характеристик грунта при его предварительной уплотнении сжинаюшини нагрузкани. При этом сцепление грунта яожет возрастать в несколько раз, а угол внутреннего трения уненьжается на 2 - 3°» » 2. Доказано, что нисходящая (разгрузочная) ветвь диаграммы испытаний грунта на срез сохраняет прянолинейность при величинах давления предварительного нагружения не превышающих 1000 - 1500 кПа. При более высоких давлениях происходит резкое искривление разгрузочной ветви в сторону уненьщения значений усилий среза.

3. Предложена зависипость изненения величины сцепления предварительно уплотненного грунта от исходных значений прочностных характеристик грунта и величины давления его предварительного обжатия.

4. В результате стендовых исследований напряженно-деформированного состояния грунта при формовании набивных свай с помощью пневяопробойника сделаны оценки величин давления, возникающего на границе раскиряеной полости, размеров зоны уплотнения грунта и значений интегральной характеристики его объемного сжатия^, котадийг-варьирует в пределах 0.003 -0.007

5. Получена теоретическая оценка величины давления, действующего на границе расширяющейся грунтовой полости при формовании набивных свай с понощью пневнопробойников, как функция физико-неханичеоких характеристик грунта.

6. Разработана методика расчета несущей способности набивных свай, основанная на дифференцированной оценке сцепления грунта по боковой поверхности сваи, учитывающей условия его иагружения при расширении грунтовой полости.

- 103

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Ткачук, Андрей Константинович, 1998 год

1. Ганичев И,А., Устройство искусственных оснований и фундаментов, И., Стройиздат

2. Тер-Иартирооян З.Г., Реологические паранетры грунтов и расчеты оснований сооружений, М., Стройиздат, 1990ja тер-Иартиросян З.Г., Иссяедование глинистых грунтов с-учетон ползучести скелета, М., Стройиздат, 1965

3. Григорян A.A., Свайные фунданенты зданий и сооружений на прооадочных грунтах, М., Стройиздат,1984

4. Зарецкий Ю.И., Вяэко-пластичность грунтов и расчеты оооружрний, К., Стройиздат, 1988

5. Ганичев И.А. Строительство в СНА, М., Стройиздат, 1970

6. Сваи и свайные фундаменты, Справочное пособие, М., Стройиздат, 1975

7. Механика грунтов и расчеты оснований и фундаментов по предварительный состояниям, Вып. 82, Госстрой НИИ оснований и подземных сооружений, М., 1984

8. Сонервияя Г.С., Пауль H.A., Словарь по геотехнике, М., Стройиздат, 1980

9. Мариупольский Я.Г., Иссяедование грунтов для проектирования и строительства свайных фундаментов, М., Стройиздат, 1989

10. Харр М.Е., Основы теоретической механики грунтов, М., Стройиздат, 1971

11. Природа прочности и деформации грунтов, Изд-во литературы по строительству, М,. 1972

12. Флорин В.А., Основы механики грунтов, Госстройиздат,1961

13. Цытовнч H.A., Механика грунтов, М., Стройнздат, 1983

14. Коотыяев А.Д., Григоракенко В.А. и др., Пневнопробойники в строительном производстве, Новосибирск, Наука, 1987

15. Инструкция по проектированию и созданию свай в грунте при помощи пневнопробойников, Новосибирск, ИГД СО АН СССР, 1988

16. Григоращенко В.А., Исаков А.Л. и др. Методика определения несущей способности свай, отфорпованных в грунте пневно-ПРобойникани, Новосибирск, ИГД СО АН СССР, 1988

17. Григоращенко В.А., Ткачук А.К., Стендовые исследования процесса фориования набивных свай, Новосибирск, ИГД СО АН СССР, 1988

18. Ткачук A.K. О несущей способности набивных свай, отфорпованных виброударнын способом, В сб. Виброударные процессы в строительной производстве, СО АН СССР, ИГД, Новосибирск, 1986

19. Григоращенко В.А., Исаков А.31., Рейфисов Ю.Б., Ткачук A.K., Определение несущей способности свай, отфорпованных в грунте пневнопробойникани, 1989, Препринт ИЗО

20. Исаков А.Я., Ткачук A.K., Об определении реаяьних прочностных характеристик уплотненных грунтов, ФТПРПИ, 1995, ИЗ

21. Гольднтейн М.Н, Механические свойства грунтов, М., Стройиздат, 1979

22. Нарбут P.M., Работа свай в глинистых грунтах, Л., 1972

23. Васильев Ю.И., Гвоздев A.A., Иванова Л. А. и др., Механические свойства нягкого грунта по результатан измерения напряжений и деформаций, Деп. в ВИНИТИ от 13.10.81, N5167-81

24. Васильев Ю.И., Молотова A.B., Иербо М.Н., Исследование скважинного способам зверения напряжений иенбранныни датчикамидавления, Изв. АН СССР, Физика Зеняи, 1980, N1

25. Вяяов С.С., О лробяенах реологии грунтов, Тр. I Всесоюзного сивпозиуна по реояогии грунтов, М., 1973

26. Вяяов С.С., Реологические свойства неханнки грунтов, И., Высмая якояа, 1978

27. Алексеев H.A., Рахнатуялин Х.А., Сагононян А.Я., Об основных уравнениях дииапики грунтов, ПМТФ, 1963, N2, с. 147-150

28. Варанов Д.С., Изнеритеяьные приборы, нетодика и некоторые результаты исследования распределения давяения в песчанон грунте, В сб. Труды ЦНИНСК, вып. 7, М.,1959, с. 27-40

29. Инлинский Ю.А., О плоских движениях песка, Укр. натен. журнал, 1954, N4

30. Касаткин B.C., Кудрин A.B., Лобанов Л.М. и др., Экспе-ринентаяьные нетоды исследования дефорнадий и напряжений, Киев, Науква дунка, 1981 •»*•■■

31. Осипов В.И., Природа прочностных и дефорнапионных свойств глинистых породV М. 1979

32. Сергеев E.H., Инженерная геология, М., Изд. ИГУ, 1976

33. Терцаги К., Теория неханнки грунтов, М., Госстройиздат, 1961

34. Реологические пробяены неханики грунтов, М., Стройиздат, 1976

35. Костыяев А.Д., Григоращенко В.А. и др., Опыт Гяавново-СИбНРСКСТРОЯ по приненению пневнопробойников в строительстве, И0МТПС Минстроя СССР, Ярославль, 1977

36. Каненский В.В., Григоращенко В.А. и др., Пневиопробой-никн в строительной производстве, Препринт ИГД СО АН СССР,1980, N3

37. Васильев A.M., Основы соврененной методики и техники лабораторных определений физических свойств грунтов, М., Госстройиздат, 1963

38. Грунтоведение'/ Изд. МГУ, 1971

39. Егоров К.Е., Методы расчета конечных осадок фундаментов, Сб. трудов науч.-нсслед. ин-та оснований и Фундаментов, М., 1949, ИЗ

40. Вииоп А.У., Хенкеяь В.Д., Определение свойств грунтов в трехосных испытаниях, М., Госстройиздат, 1961

41. Осипов В.И., Природа прочностных и деформационных свойств глинистых грунтов, М., Изд. МГУ, 1979

42. Месчян С.Р., Механические свойства грунтов и лабораторные методы их определения, М., Недра, 1974

43. Косте Ж., Сандлера Г., Механика грунтов, М., Стройиздат, 198146., Денисов Н.Я., Природа прочности и деформации грунтов, М., Стройиздат, 1972

44. Рыков Г.В., Скобеев A.M., Измерение напряжений в грунтах при кратковременных нагрузках, М., Наука, 1978

45. Синидин В.И., Сидоров H.H., Исследование грунтов в условиях трехосного сжатия, M.^IU, PWB'1'Ройиздат, 1963

46. Чаповский Е.Г., Лабораторные работы по грунтоведению и механике грунтов, М., Недра, 197S

47. Малыкев М.В., Прочность грунтов и устойчивость оснований сооружений, М., Стройиздат, 1980

48. Методы определения прочности глинистых пород, /Под редакцией Г. К. Бондарика, М., Недра, 1974

49. Роза С.А., Механика грунтов. И., Высшая икона, 1962

50. Зенкевич О., Моргин К., Конечные элеиенты и аппро-ксииация, И., Мир, 1986

51. Методика расчета неоукей способности никроовай1. R-SOL

52. Месчян С.Р., Начальная и длительная прочность глинистых грунтов, М., Недра, 1978

53. Маслов И.Н., Основы инженерной геологии н неханики грунтов, М., Высшая школа, 1982

54. Плкшель К., Отчет по испытанию четырех ннкросвай R-S0L проведенных фнриой "OSIBA" на дееччяши массиве Фонтенбло

55. Цытович H.A., Тер-Мартиросян З.Г., Основы прикладной геонеханикн, М., Высшая школа, 1981

56. Седов Я.И., Механика сплошных сред, М., Наука, т.1, ÏI, 1976

57. Цытович H.A., Механика грунтов,(краткий курс), М., Высшая школа, 198161. СНИП 2.02.03-85

58. Николаевский В.Н., Механические свойства грунтов и теория пластичности. Механнка твердых дефорнируеных тел (Итоги науки и техники), 1972, т.6

59. Роско К., Значение дефорнаций в неханике грунтов,-Механика, периодический сборник иностранных статей, М., Мир, 1971, N3

60. Определявшие законы неханики грунтов, Механика- новое в зарубежной кауке, М., Мир, 1975

61. Вобряков А.П., Ревуженко А.ф., Ивнякин Е.И., Однородный сдвиг сыпучего натериала. Локализация дефориаций.1. ФТПРПИ, 1983, N5 ^ ,

62. Ревуженко А.Ф., Стажевокий С.В., Об учете дияатаноии в основных справочных формулах механики сыпучих сред, ФТПРПИ, 1986, N4

63. Аяексеенко В:Д., Григории С.С., Новгородов А.Ф. и др., Некоторые экспериментальные исследования по динамике мягких грунтов, ПАН СССР, т. 133, W6, 1960, с. 1311-1314

64. Васин Р.А., Ленский B.C., Ленский Э.В., Динамические зависимости между напряжениями и деформациями, Сб. Проблемы динамики упруго-пластических сред, М., Мир, 1975

65. Конпанеец А.С., Ударные волны в пластической упяотияю-мейся среде, ДАН СССР, 1956, N1

66. Красников Н.Д., Динамические свойства грунтов и методы их определения, Л., Стройиздат, 1970

67. Вовк А.А., Затыняяев Б.В., Евтерев Л.С., Поведение грунтов под действием импульсных нагрузок, Киев, Наукова думка, 1984

68. Горбачева Л.К., ЭксаерквечПР&ЯПЖое исследование иягких грунтов ална-атинского сейсиоактивного района при динамическом (взрывной) нагружении. Кандидатская диссертация, Алма-Ата, 1985

69. Brends В.Е., Ко H.Y., Cubical multiaxial cell for testing cohesive soils Geotechnigue, 1980, v.106, No.l, p.106-111

70. Casagrande A., Carrillo N., Sher failure of anisotropic materials, J. of the Boston Soc. Civ. Eng., 1944, v.31, Ho. 4, p. 74-87

71. Hight D.N., Gens A. and Symes H.J., Develorment of a new hollow cylinder apparatus for investigating the effects ofprincipal stress rotation in soil, Geotechnique, 1983, v.33, No. 4, p. 365-375

72. Schofield A.M., Wroth C.P., Critical state soil mechanics, Mc Craw Hill, London, 1968- 11 о ф1. На Ы:

73. ГОСУДАРСТВ ЕННО-АКЦИОНЕРНАЯ НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ КОМПАНИЯ1. КОМБЕСТ1. СПРАВКАо внедрении в производство результатов диссертационной работы Тхачука А.К. "Разработка иетода расчета несущей способности набивных свай, отформованных пневнопробой-никаии"I

74. Экономический эФФект от внедрения разработанной методики на данном объекте составил около 40 млн. руб.

75. Генеральный директор ГАНПК "Конбест ", д1. В.А. Григоращенко630091. НОВОСИБИРСК • 91. КРАСНЫЙ ПРОСПЕКТ • 54 • ТЕЛ. 20-99-05 Р/С 4467170 * Новосибирской дирекции МОС6ИЭНЕС6АНКА1. МФО 224961

76. Экономический эФФект от янйлрйнияразработанной- методики запериод с 1972 по 1995 гг. составляет не менее 350 ялн. руб. в ценах 1995 г.1. Директор ТОО "Скиф1. А. В. Сухушин